De tariefconstante is een evenredigheidsfactor in de tariefwet van chemische kinetica dat relateert de molaire concentratie van reactanten aan reactiesnelheid. Het staat ook bekend als de constante reactiesnelheid of reactiesnelheid coëfficiënt en wordt in een vergelijking aangegeven door de letter k.
Belangrijkste punten: tariefconstante
- De snelheidsconstante, k, is een evenredigheidsconstante die de relatie aangeeft tussen de molaire concentratie van reactanten en de snelheid van een chemische reactie.
- De snelheidsconstante kan experimenteel worden gevonden met behulp van de molaire concentraties van de reactanten en de volgorde van reactie. Als alternatief kan het worden berekend met behulp van de Arrhenius-vergelijking.
- De eenheden van de snelheidsconstante zijn afhankelijk van de volgorde van reactie.
- De snelheidsconstante is geen echte constante, omdat de waarde ervan afhangt van temperatuur en andere factoren.
Beoordeel constante vergelijking
Voor een algemene chemische reactie:
aA + bB → cC + dD
de snelheid van de chemische reactie kan worden berekend als:
Tarief = k [A]een[B]b
De termen herschikt, de snelheidsconstante is:
snelheidsconstante (k) = snelheid / ([A]een[B]een)
Hier is k de snelheidsconstante en [A] en [B] zijn de molaire concentraties van de reactanten A en B.
De letters a en b vertegenwoordigen de volgorde van de reactie met betrekking tot A en de volgorde van de reactie met betrekking tot b. Hun waarden worden experimenteel bepaald. Samen geven ze de volgorde van de reactie, n:
a + b = n
Als bijvoorbeeld het verdubbelen van de concentratie van A de reactiesnelheid verdubbelt of de concentratie van A verviervoudigt de reactiesnelheid, dan is de reactie de eerste orde met betrekking tot A. De snelheidsconstante is:
k = Tarief / [A]
Als je de concentratie van A verdubbelt en de reactiesnelheid vier keer toeneemt, is de reactiesnelheid evenredig met het kwadraat van de concentratie van A. De reactie is tweede orde met betrekking tot A.
k = Tarief / [A]2
Tariefconstante van de Arrhenius-vergelijking
De snelheidsconstante kan ook worden uitgedrukt met de Arrhenius-vergelijking:
k = Ae-Ea / RT
Hier is A een constante voor de frequentie van deeltjesbotsingen, Ea is de activeringsenergie van de reactie, R is de universele gasconstante en T is de absolute temperatuur. Uit de Arrhenius-vergelijking blijkt dat temperatuur is de belangrijkste factor die de snelheid van een chemische reactie beïnvloedt. Idealiter houdt de snelheidsconstante rekening met alle variabelen die de reactiesnelheid beïnvloeden.
Beoordeel constante eenheden
De eenheden van de snelheidsconstante zijn afhankelijk van de volgorde van reactie. In het algemeen zijn voor een reactie met volgorde a + b de eenheden van de snelheidsconstante mol1−(m+n)· L(m+n)−1· S−1
- Voor een reactie van nulorde heeft de snelheidsconstante molaire eenheden per seconde (M / s) of mol per liter per seconde (mol·L−1· S−1)
- Voor een eerste-orde reactie heeft de snelheidsconstante eenheden per seconde van s-1
- Voor een reactie van de tweede orde heeft de snelheidsconstante eenheden liter per mol per seconde (L · mol−1· S−1) of (M−1· S−1)
- Voor een reactie van de derde orde heeft de snelheidsconstante eenheden liter kwadraat per mol kwadraat per seconde (L2Mol−2· S−1) of (M−2· S−1)
Andere berekeningen en simulaties
Voor reacties van hogere orde of voor dynamische chemische reacties passen scheikundigen een verscheidenheid aan simulaties van moleculaire dynamica toe met behulp van computersoftware. Deze methoden omvatten Divided Saddle Theory, de Bennett Chandler-procedure en Milestoning.
Geen echte constante
Ondanks zijn naam is de snelheidsconstante niet echt een constante. Het geldt alleen bij een constante temperatuur. Het wordt beïnvloed door het toevoegen of veranderen van een katalysator, het veranderen van de druk of zelfs door het roeren van de chemicaliën. Het is niet van toepassing als er iets verandert in een reactie naast de concentratie van de reactanten. Ook werkt het niet erg goed als een reactie grote moleculen met een hoge concentratie bevat, omdat de Arrhenius-vergelijking ervan uitgaat dat reactanten perfecte bollen zijn die ideale botsingen uitvoeren.
Bronnen
- Connors, Kenneth (1990). Chemische kinetiek: de studie van reactiesnelheden in oplossing. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
- Daru, János; Stirling, András (2014). "Verdeelde zadeltheorie: een nieuw idee voor berekening van tariefconstante". J. Chem. Theory Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
- Isaacs, Neil S. (1995). "Sectie 2.8.3". Fysische organische chemie (2e ed.). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
- IUPAC (1997) Compendium van chemische terminologie, 2e ed. (het "gouden boek").
- Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fysische chemie. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.